深度解析：i.MX RT1170 MCU 的异构图形流水线

本文考察 i.MX RT1170 MCU 的异构图形流水线，重点介绍其三大核心加速引擎

当今嵌入式设备提供越来越多高级功能，但设计师面临挑战：如何在不因复杂性让用户不知所措的前提下，提供精致、直观的用户体验。

智能手机风格的图形用户界面为机械控件提供了引人注目的替代方案，能呈现丰富视觉效果和交互反馈。NXP 通过将显示控制器和图形加速器直接集成到 i.MX RT1170 跨界 MCU 中，赋能开发者创建此类界面。

图 1. i.MX RT1170 MCU

i.MX RT1170 的三大显示引擎

i.MX RT1170 超越传统 MCU，集成了 2D 矢量图形 GPU、像素处理流水线 (PxP) 加速器和 LCDIFV2 显示控制器。每个引擎针对特定视觉任务，使设计师能将繁重工作从 Cortex®-M7 核心卸载。

2D 矢量图形 GPU

与基于像素的图形不同，后者将单个像素映射到固定分辨率，矢量图形通过 moveTo、lineTo 和 curveTo 等数学命令描述形状。这种抽象使图像能缩放、旋转或变换而不失真，非常适合 UI 元素、图标和徽标。

i.MX RT1170 的 GPU 支持实时矢量渲染，包括仿射变换（平移、旋转、缩放）、颜色转换和图像操作。通过在硬件中处理这些操作，MCU 节省功耗并释放 CPU 用于应用逻辑。

渲染矢量图像需要渲染目标（帧缓冲区）、路径数据（几何命令）、填充信息（决定形状内哪些像素着色的规则）、变换数据（几何变换矩阵）、颜色信息和混合规则（控制图层如何合并）。详细 API 用法请参阅 AN13075。

图 2. 渲染矢量图像通常需要渲染目标、路径数据、填充信息、变换数据、颜色信息和混合规则。

填充规则决定重叠路径如何填充。两种常见规则是非零环绕数规则和奇偶规则。非零规则从点向无限远发射射线，计算射线与路径段的交叉次数并根据方向加减。奇偶规则仅计算交叉次数，不考虑方向，当计数为奇数时视为填充。

仿射变换通过 3×3 矩阵处理，编码平移、旋转、缩放和剪切。GPU 在光栅化前将这些矩阵应用于每个顶点。

图 3. 变换通过操作矩阵来表示各种操作。绘制形状时，程序员为每条路径分配颜色信息。

混合规则定义源路径的 Alpha 通道如何与目标帧缓冲区结合。VGLite API 实现一套混合模式（如源覆盖、目标覆盖、叠加），完整文档见 AN13075。VGLite 还为位图图像提供光栅化流水线。

PxP 2D 加速器

PxP 引擎是多功能 2D 加速器，能执行位块传输、Alpha 混合、色彩空间转换、旋转和缩放。将这些任务委托给 PxP，开发者可避免 CPU 密集型循环，实现更流畅的帧率。

常见用例是将背景缓冲区与不同分辨率的 UI 覆盖层合成。PxP 可在单次通道中调整大小并混合这些图层。AN12110 提供全面示例，展示 PxP 如何将内部缓冲区缩放至匹配 LCD 原生分辨率。

将常规 2D 操作卸载给 PxP 可释放 Cortex®-M7 核心用于应用逻辑，降低延迟和功耗——这对电池供电产品至关重要。

LCDIFV2 显示控制器

LCDIFV2 控制器抽象了将帧缓冲区数据传输到 TFT LCD 面板的过程。它支持多达八个独立可配置的图层，每层拥有自己的颜色格式、尺寸和位置。图层混合完全在硬件中完成，无需软件混合。

凭借双缓冲支持，设计师可在控制器显示另一个缓冲区时更新其中一个，实现无闪烁更新。LCDIFV2 还支持 Index8BPP 格式，允许开发者通过查找表和索引数组高效存储 32 位 ARGB 图像——详情见 AN13075 和官方 SDK 示例。

i.MX RT1170 跨界 MCU 及其支持设备

异构流水线——2D GPU、PxP 和 LCDIFV2——协同工作，简化开发并提升性能。NXP 的生态系统不止于 RT1170：Cortex®-M7 的 RT1050 和 RT106x 系列提供 PxP 和 LCD 控制器，而 Cortex®-M33 的 RT500 集成 2D GPU。

NXP 通过全面的 API、SDK 和培训资源支持这些平台。NXP 官网提供应用笔记、视频教程、SDK 示例和点播网络研讨会，帮助工程师快速发挥图形栈的全部威力。

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